Analiza transferului de căldură și masă - curs

Transferul de căldură prin suprafața fină a unui perete plat.

Finisarea suprafeței permite reducerea rezistenței termice externe l / αA datorită creșterii suprafeței A.





În acest scop, în general se folosesc aripioare de suprafețe externe. În plus, fintarea poate afecta direct intensitatea schimbului de căldură în stratul de graniță și coeficientul de transfer al căldurii convective α. Să luăm în considerare influența decolării suprafeței exterioare asupra transferului de căldură. Schema de finning este prezentată în Fig.







Fig.1. Suprafața de încălzire cu nervuri de secțiune dreptunghiulară: δ - grosimea nervurii; l - înălțimea coastei; L este lungimea marginii; Tw2 - temperatura la baza nervurii; Tl este temperatura din partea de sus a coastei

Suprafața suprafeței cu aripioare este A2, p = Ap + Am. unde Ap - margini pătrate Am - spațiu zona intercostal, Tw2 - temperatura suprafeței intercostal, α2 - coeficientul de transfer termic al suprafeței finned.

Fluxul de căldură de pe suprafața intercostală este Qm = α2Am (Tw2-Tf2).

Fluxul de căldură de la suprafața marginilor este Qp = α2Ap (Tw2 - Tf2) ψr.

Fluxul total de căldură de pe suprafața cu aripioare Q2, p = α2 (Am + ψpAp) (Tw2-Tf2), unde ψp = Q / Qmax (1). Presupunem că coeficientul de transfer al căldurii α2 este același pentru suprafața intercostală și suprafața coastelor (ceea ce este adevărat până la o anumită distanță limitată între două coaste adiacente).

Presupunem că coeficientul de transfer al căldurii α2 este același pentru suprafața intercostală și suprafața coastelor (ceea ce este valabil până la o anumită distanță limitată între două coaste adiacente).

Transferul căldurii prin suprafața cu aripioare. Să luăm în considerare procesul de transfer de căldură prin suprafața plană din partea exterioară în condițiile limită ale celui de-al treilea tip. Fluxul de căldură Q poate fi scris după cum urmează:

unde indicii "1" și "2" se referă, respectiv, la suprafețele interioare și exterioare; εф - coeficient, ținând cont de influența formei peretelui; pentru un zid plane = λ.

Introducem rezistența termică totală Rp *, m2K / Bt, suprafața fină

și coeficientul de transfer de căldură prin suprafața aripii Kr, W / (m2K)

raportat la suprafața unitară a suprafeței aripii A2, p.

Deoarece valoarea ψr întotdeauna mai mică decât una, atunci efectul cumulativ al aripioarelor va fi determinată de efectul combinat al creșterii raportului dintre suprafața de transfer de căldură A2, P / A1 și atins ψr valoare. Deoarece înălțimea nervurii crește, cu o creștere a suprafeței aripioarelor, temperatura medie a nervurii scade simultan și, în consecință, valoarea lui ψp. Prin urmare, există dimensiuni optime ale aripioarelor (înălțimea și grosimea coastelor, numărul lor, distanța dintre ele), la care căldura transmisă devine maximă și face ca finirea să fie cea mai eficientă.

Eficiența finității. Deoarece fintarea reduce doar rezistența termică a suprafeței finului, aceasta va fi eficientă numai dacă alte componente ale rezistenței termice totale (suprafața materialului, netratată)

este mult mai mic. Aceasta înseamnă că l / α2 mai mare comparativ cu 1 / α1 și δ / λwεφ, cu atât este mai fină eficiența de finning.

Criteriul pentru eficiența finningului poate fi găsit aproximativ după cum urmează. Evident, fintarea este utilă numai dacă fluxul de căldură de pe suprafața laterală a marginii Ap = nl este mai mare decât fluxul de căldură de la baza marginii Af.

În consecință, valoarea lui ψp trebuie să fie mult mai mare decât unitatea. Expresia pentru ψρ poate fi scrisă sub forma:

unde Bi2 = α2δ / λw. Pentru practic toate valorile l / δ, cantitatea ψp> 1 pentru α2δ / 2λw = Bi2 / 2 <1. При этом чем больше l/δ, тем больше ψр. На практике в качестве критерия используют условие Bi2<0,2, когда величина ψр становится существенно больше единицы.

Determinarea capului de temperatură la temperaturi variabile. Ecuația (5) pentru fluxul de căldură este scrisă cu condiția ca temperaturile Tf1 și Tf2 să fie constante. Această ipoteză este valabilă dacă cantitatea de căldură transferată este mult mai mică decât conținutul de căldură al mediului răcit și încălzit. Dacă această condiție nu este îndeplinită, îndepărtarea căldurii dintr-un mediu mai cald va reduce temperatura, iar furnizarea de căldură într-un mediu mai rece va crește temperatura. Să găsim capul de temperatură în ecuația (5) la temperaturi variabile Tf1 și Tf2. Denumiți prin TfI = Tr, Tf2 = Tx.

Ecuația fluxului de căldură. Fluxul de căldură prin unitatea suprafeței schimbătoare de căldură este dA: dQ = Kp (Tg-Tx) dA = KpΔTdA (7), unde Kp este coeficientul de transfer de căldură pe suprafață de schimb de căldură; Tr, Tx sunt variabilele de temperatură actuale ale mediului de încălzire și încălzire (în continuare, indicele "r" va fi referit la mediul de încălzire, indicele "x" la cel rece).

Fluxul de căldură dQ conduce la o creștere a temperaturii mediului rece și la o scădere a temperaturii mediului încălzit

d (Tg-Tx) = d (ΔT) = - dQ [1 / (CpgGr) + 1 / (CpxGx)]







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: